食品工程原理课后答案(冯骉著)轻工业第11章干燥与空气调节

习题解50第十一章干燥与空气调节11-1已知湿空气的总压强为101.3kPa，温度为30℃，湿度为0.024kg/kg绝干空气，试计算其相对湿度、露点、绝热饱和温度、焓和空气中水汽的分压。[解]（1）H=0.622p/(pT-p)即0.024=0.622p/(101.3-p)解得：p=3.763kPa30℃下水的饱和蒸汽压ps=4.24kPa=p/ps=3.763/4.24=89%（2）因td是将湿空气等湿冷却而达到饱和时的温度，则水蒸气分压为3.76kPa时的温度为：td=27.5℃（3）假设tas=28.4℃，由水蒸气表查得相应的水气分压ps为3.87kPa，则湿空气的饱和湿度为：Has=0.622×3.87/(101.3-3.87)=0.0247kg/kg绝干空气比热容cpH=1.01+1.88H=1.01+1.88×0.024=1.055kJ/kg绝干空气tas=t-r0(Has-H)/cpH=30-2490×(0.0247-0.024)=28.35℃故与假设非常接近。（4）I=(1.01+1.88H)t+2490H=(1.01+1.88×0.024)×30+2490×0.024=91.4kJ/kg绝干空气11-2已知湿空气的温度为50℃，总压强为100kPa，湿球温度为30℃，试计算该湿空气以下各参数：（1）湿度；（2）相对湿度；（3）露点；（4）焓；（5）湿比热容。[解]（1）由饱和水蒸气表查得，在tw=30℃时，水的饱和蒸汽压ps=4.25kPa，汽化潜热为rw=2423.7kJ/kg。在湿球温度下，空气的饱和湿度为：Hw=0.622ps/(pT-ps)=0.622×4.25/(100-4.25)=0.0276kg/kg干空气根据空气湿度计算式，可求得该空气的湿度为：H=Hw-1.09(t-tw)/rw=0.0276-1.09×(50-30)/2423.7=0.0186kg/kg干空气（2）由饱和水蒸气表查得，在t＝50℃下，水的饱和蒸汽压ps=12.34kPa。根据空气湿度计算式，可求得该空气中的水蒸汽分压为：p=pTH/(0.622+H)=100×0.0186/(0.622+0.0186)=2.904kPa空气的相对湿度为：=p/ps=2.904/12.34=23.5%（3）在露点下空气刚好达到饱和状态，空气中的水汽分压p=2.904kPa即为水在露点下的饱和蒸汽压，故由饱和水蒸气表查得，此空气的露点td=23℃。（4）I=(1.01+1.88×0.0186)×50+2500×0.0186=98.8kJ/kg干空气（5）vH=(1/29+0.0186/18)×22.4×(273+50)×101.3/(273×100)=0.954m3/kg干空气11-3若常压下某湿空气为20℃，湿度0.014673kg/kg绝干空气，试求：（1）湿空气的相对湿度；（2）湿空气的比体积；（3）湿空气的比定压热容；（4）湿空气的质量焓。若将上述空气加热到50℃，再分别求上述各项。[解]（1）20℃时，由水的热力学性质表查出ps=2.3346kPa0.014673=0.622×2.3346/(101.3-2.3346)解得=1=100%该空气为水蒸气所饱和，不能作干燥介质用。vH=(0.722+1.244H)×(273+t)/273=0.848m3/kg干空气cH=1.01+1.88×0.014673=1.038kJ/(kg.K)I=(1.01+1.88×0.014673)×20+2490×0.014673=57.29kJ/kg干空气（2）50℃时，水蒸气的饱和蒸汽压为12.34kPa当空气从20℃加热到50℃时，湿度没有变化，故：0.014673=0.622×12.34/(101.3-12.34)=18.92%由计算结果看出，湿空气被加热后相对湿度降低了。vH=(0.722+1.244×0.014673)×(273+50)/273=0.935m3/kg干空气湿空气的比定压热容只是湿度的函数，因此20℃与50℃时的湿空气比定压热容相同。I=(1.01+1.88×0.014673)×50+2490×0.014673=88.42kJ/kg干空气11-4将质量流量0.9kg干空气/s的湿空气A(tA=20℃，A=0.80)与质量流量0.3㎏干空气/s的湿空气B（tB=80℃，B=0.3）混合，求混合后空气的状态参量。[解]由H－I图查得两种空气的湿含量和焓如下：HA=0.012kg/kg干空气IA=50kJ/kg干空气HB=0.103kg/kg干空气IB=350kJ/kg干空气Hm=(mAHA+mBHB)/(mA+mB)=(0.9×0.012+0.3×0.103)/(0.9+0.3)=0.035kg/kg干空气习题解51Im=(mAIA+mBIB)/(mA+mB)=(0.9×50+0.3×350)/(0.9+0.3)=125kJ/kg干空气11-5调节干燥需要的空气状态，干燥操作如图11-6所示。已知状态A：tA=30℃，td=20℃，qv=500m3/h湿空气；状态B：通过冷凝器后，空气中的水分除去2㎏/h；状态C：通过加热器后，空气的温度tB=60℃，干燥器在常压﹑绝热条件下进行。水在不同温度下的饱和蒸汽压如下表：t/℃10152030405060ps/kPa1.22631.70692.33484.24777.377112.341019.9241试求：（1）作空气状态变化图；（2）经过冷凝器后空气的温度和湿度；（3）经过加热器后空气的相对湿度。[解]（1）由于给出了状态A的露点，故可由其对应的蒸气压计算该状态的湿度HA，根据给出的冷凝水量和空气量可确定HB，冷凝器内空气状态的变化由A到B’到B。冷凝器除去空气中的部分水分后，送到加热器等湿升温到C点（60℃）。在干燥器的干燥过程中空气增湿，到达A点，形成一个循环过程。空气状态变化如附图。（2）根据露点温度td可从给出的水的饱和蒸汽压数据中查到ps=2.3348kPa，此值即为进入换热器l的空气的水蒸气分压p，因此：HA=0.622ps/(pT-ps)=0.622×2.3348/(101.3-2.3348)=0.01467kg/kg干空气vH=(1/29+HA/18)×22.4×(273+30)/273=0.878m3/kg干空气故qm=qv/vH=500/0.878=569.5kg/h由物料衡算：qm’=qm(HA-HB)，所以：HB=HA-qm’/qm=0.014673-2/569.5=0.01116kg/kg干空气（3）根据湿含量的定义，在空气达到饱和时：HB=0.622ps/(pT-ps)ps=HBpT/(0.622+HB)=0.01116×101.3/(0.622+0.01116)=1.785kPa查得温度为tB=16℃。此时的ps等于C点的空气中的水蒸气分压p，另外，由tc=60℃，从给出的数据中查到水的饱和蒸汽分压ps=19.924kPa。因此，该处空气的相对湿度为：=p/ps=1.785/19.924=0.0896=8.96%11-6在一常压转筒干燥器中，将其物料从（湿基）含水量4.0%干燥到0.5%，干燥产品流量为600kg/h，空气进预热器前t0=25℃，相对湿度0=55%，经过预热器加热到t1=85℃后再进入干燥器，出干燥器时t2=30℃。物料进干燥器时1=24℃，出干燥器时2=60℃，绝干物料的比定压热容为0.52kJ/(kg绝干物料.K)。假设干燥器的热损失为18000kJ/h，（25℃时水的饱和蒸汽压=3.168kPa）。试求：（1）绝干空气的质量流量；（2）在单位时间内预热器中的传热量。[解]X1=0.04/(1-0.04)=0.0417kg/kg绝干物料X2=0.005/(1-0.995)=0.005kg/kg绝干物料Gc=G2(1-w2)=600(1-0.005)=597kg绝干物料/hW=Gc(X1-X2)=597(0.0417-0.005)=21.9kg/hp=jps=0.55×3.168=1.7414kPaH0=H1=0.622×1.7414/(101.3-1.7414=0.0109kg/kg干空气L(H2-0.0109)=21.9（a）热量衡算：L(I1-I2)=Gc(I’2-I’1)+QLQp=L(I1-I0)习题解52I0=(1.01+1.88×0.0109)×25+2490×0.0109=52.9kJ/kg干空气I1=(1.01+1.88×0.0109)×85+2490×0.0109=114.7kJ/kg干空气I2=(1.01+1.88×H2)×30+2490H2=30.3+2546.4H2I’1=(0.52+4.187×0.0417)×24=16.67kJ/kg绝干物料I’2=(0.52+4.87×0.005)×60=32.46kJ/kg绝干物料Qp=L(I1-I0)=L(114.7-52.9)=61.8LL(114.7-30.3-2546.4H2)=59.7×(32.46-16.67)+18000L(84.4-2546.4H2)=27426.6(b)联立式（a）及式（b）解得：H2=0.0258kg/kg干空气L=1468.7kg干空气/hQp=L(I1-I0)=61.8L=90764.7kJ/h11-7用回转干燥器干燥湿糖，进料湿糖湿基含水量为1.28%，温度为31℃。每小时生产湿基含水量为0.18%的产品4000kg，出料温度36℃。所用空气的温度为20℃，湿球温度为17℃，经加热器加热至97℃后进入干燥室，排除干燥室的空气温度为40℃，湿球温度为32℃。已知产品的比热容为1.26kJ/(kg.K)。试求：（1）水分蒸发量；（2）空气消耗量；（3）加热器所用表压100kPa的加热蒸汽消耗量；（4）干燥器的散热损失；（5）干燥器的热效率。[解]（1）W=G2(w1-w2)/(1-w1)=4000×(0.0128-0.0018)/(1-0.0128)=44.6kg/h（2）空气用量查湿空气的H－I图，得H0=H1=0.011kg/kg干空气H2=0.028kg/kg干空气则L=W/(H2-H1)=44.6/(0.028-0.011)=2.62×103kg干空气/hL’=L(1+H0)=2.62×103×(1+0.011)=2.65×103kg/h（3）由H－I图可查得：I0=49kJ/kg干空气I1=125kJ/kg干空气I2=113kJ/kg干空气故Q=L(I1-I0)=2.62×103×(125-49)=198×103kJ/h由书末附录的饱和水蒸气表可查得：表压100kPa的水汽化热r=2205kJ/kg，则加热器加热蒸汽用量：D=Q/r=198×103/2205=90kg/h（4）QL=Q-L(I2-I0)-G2cps(2-1)+Wcpw1=198×103-2.62×103×(113-49)-400×1.26×(36-31)+44.6×4.17×31=12.0×103kJ/h（5）由H－I图可查得干燥空气的湿球温度tw=38℃，可由饱和水蒸气表查得对应此温度的汽化热为r=2405kJ/kg，则：=Wr/Q=44.6×2405/(198×103)=0.54211-8某糖厂有一干燥器干燥砂糖结晶，每小时处理湿物料1000kg，干燥操作使物料的湿基含水量由40%减至5%。干燥介质是空气，初温为293K，相对湿度为60%，经预热器加热至393K后进入干燥器。设空气离开干燥器时的温度为313K，并假设已达到80%饱和。试求：（1）水分蒸发量；（2）空气消耗量和单位空气消耗量；（3）干燥收率为95%时的产品量；（4）如鼓风机装在新鲜空气进口处，鼓风机的风量应为多少？[解]（1）W=G1(w1-w2)/(1-w2)=1000×(0.4-0.05)/[(1-0.05)×3600]=0.102kg/s（2）由湿空气的H——I图查得，当t0=293K和0=60%时，H0=0.009kg/kg干空